超臨界CO2萃取美商陸籽油的研究

王 菁 張延琦 王 晶 袁 芳

（植物源功能食品北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

超臨界CO2萃取美商陸籽油的研究

王 菁 張延琦 王 晶 袁 芳

（植物源功能食品北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

采用單因素試驗(yàn)，研究了超臨界CO2流體萃取美商陸籽油的萃取時(shí)間、投料量、萃取壓力及萃取溫度對(duì)美商陸籽油萃取率的影響。試驗(yàn)表明，最佳萃取時(shí)間為4 h；最佳投料量為200 g；最佳萃取壓力為25 MPa；最佳萃取溫度為45℃。索氏提取籽油測(cè)得萃取率為12.93%。氣相色譜分析共測(cè)出脂肪酸成分7種，飽和脂肪酸相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.85%。不飽和脂肪酸相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.79%，其中油酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.34%，亞油酸的為36.56%。高效液相色譜分析測(cè)得維生素A的含量為0.369 mg/100 g，維生素E的總含量為 22.0 mg/100 g。

美商陸籽油 超臨界CO2流體 脂肪酸 維生素A 維生素E

美商陸（Phytolacca AmericanaL.）又名美洲商陸、垂序商陸，商陸科、商陸屬。原產(chǎn)北美洲，引入栽培。根供草藥用，治水腫、白帶、風(fēng)濕，并有催吐作用；種子利尿；葉有解熱作用，并治腳氣；外用可治無名腫毒及皮膚寄生蟲??；全草可用作農(nóng)藥[1]。現(xiàn)在對(duì)商陸屬植物的化學(xué)成分及藥理作用研究較為清楚的是商陸皂苷類成分。商陸皂苷具有強(qiáng)大的抗炎、免疫增強(qiáng)、抗腫瘤等重要作用[2]。

超臨界流體（Super Critical Fluid，簡(jiǎn)稱 SCF），自1979年起就已被應(yīng)用于食品行業(yè)。相比于傳統(tǒng)提取植物油的機(jī)械壓榨法與溶劑浸出法，油品的得率高且無萃取劑殘留。使用超臨界流體提取植物活性成分時(shí)，一般選擇CO2作為溶劑，與傳統(tǒng)溶劑相比，它無害、無污染、不易燃易爆、廉價(jià)易取。用超臨界CO2來提取植物成分在全世界已經(jīng)得到廣泛使用，如提取花椒籽油、葡萄籽油、香椿籽油、核桃油，其中大多數(shù)植物天然成分應(yīng)用在食品工業(yè)、保健品和植物制藥中[3－9]。通過研究美商陸籽油的超臨界提取條件及其成分，以期為以后的生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

美商陸籽（蛋白質(zhì)含量10.2 g/100 g；脂肪含量12.9 g/100 g；）：北京市昌平區(qū)陽光農(nóng)業(yè)合作社 ；SUPELCO 18920－1AMP脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品：美國(guó)sigma公司；其他化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

HA220－50－06型超臨界CO2流體萃取裝置：江蘇省南通華安超臨界萃取公司；Agilent6890N氣相色譜儀：美國(guó)安捷倫科技有限公司；日立L－2000高效液相色譜儀；GGX－900原子吸收分光光度計(jì)：北京科創(chuàng)海光儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試樣處理

美商陸籽篩選除雜→干燥→粉碎、過篩→稱重→裝料→密封

1.2.2 單因素試驗(yàn)

美商陸籽油萃取率＝提取美商陸籽油質(zhì)量/美商陸籽粉質(zhì)量×100%

1.2.2.1 萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響

投料量 200 g，萃取壓力 30 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量20 kg/h，分離溫度50℃，分離壓力8 MPa。設(shè)置 1、2、3、4、5、6 h 6個(gè)水平時(shí)間進(jìn)行萃取，研究不同萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響。

1.2.2.2 投料量對(duì)萃取率的影響

萃取壓力30 MPa，萃取溫度45℃，萃取時(shí)間4 h，CO2流量 20 kg/h，分離溫度 50℃，分離壓力 8 MPa。設(shè)置150、200、250、300 g 4個(gè)水平投料量進(jìn)行萃取，研究不同投料量對(duì)萃取率的影響。

1.2.2.3 萃取壓力對(duì)萃取率的影響

萃取時(shí)間4 h、投料量200 g、萃取溫度45℃、CO2流量20 kg/h、分離溫度50℃、分離壓力8 MPa。設(shè)置 15、20、25、30、35 MPa 5個(gè)水平壓力進(jìn)行萃取，研究不同萃取壓力對(duì)萃取率的影響。

1.2.2.4 萃取溫度對(duì)萃取率的影響

萃取時(shí)間4 h，投料量200 g，萃取壓力25 MPa，CO2流量20 kg/h、分離溫度50℃、分離壓力8 MPa。設(shè)置35、40、45、50、55℃ 5個(gè)水平時(shí)間進(jìn)行萃取，研究不同萃取壓力對(duì)萃取率的影響。

1.2.3 美商陸籽油中脂肪酸成分分析

1.2.3.1 甲酯化

0.2 mL油脂樣品與10 mL異辛烷混合（即1∶50稀釋），吸取2 mL混合液并加入500μL 2 mol/L KOH－甲醇溶液，再加入少量無水硫酸鈉，離心取上清液。

1.2.3.2 氣相色譜檢測(cè)條件

HP－INNOWax毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.32 mm×0.25μm）；載氣 N2流速1.0 mL/min；檢測(cè)器溫度：280℃；進(jìn)樣口溫度：250℃；進(jìn)樣量：1μL；不分流進(jìn)樣；升溫程序：100℃，以3℃/min升溫至180℃，保持20 min后，以3℃/min升溫至240℃，保持8 min。

1.2.4 美商陸籽油中維生素A和維生素E的成分測(cè)定

根據(jù)GB/T 5009.82—2003第一法測(cè)定。

1.2.4.1 試樣處理

1）皂化

取美商陸籽油5 g，置于100 mL皂化瓶中，加入30 mL無水乙醇溶液，搖勻。加5 mL 10%抗壞血酸溶液，混勻，再加入10 mL KOH（1∶1）溶液混勻。于沸水浴回流30 min使皂化完全。皂化后立即放入冰水中冷卻。

2）提取

將皂化后的液體移入分液漏斗中，用50 mL水分2次洗皂化瓶，洗液并入分液漏斗中。用100 mL乙醚分兩次洗皂化瓶，乙醚液并入分液漏斗中，輕輕搖勻分液漏斗，靜置分層，棄去水層。

3）洗滌并濃縮

乙醚層用水洗至不顯堿性為止（酚酞指示劑，不顯色為止），在乙醚提取液中加入5 g無水硫酸鈉后濾入蒸發(fā)瓶?jī)?nèi)，用約100 mL乙醚溶液沖洗分液漏斗及無水硫酸鈉3次，并入蒸發(fā)瓶?jī)?nèi)。于55℃水浴中減壓蒸餾并回收乙醚。取下蒸發(fā)瓶后立即加入2 mL乙醇充分混合，溶解提取物。樣品離心，上清液過濾膜后用于色譜分析。

1.2.4.2 高效液相色譜檢測(cè)條件

預(yù)柱：ultrasphere ODS（10μm，4 mm×4.5 cm）；分析柱：ultrasphere ODS（5μm，4.6 mm×25 cm）；流動(dòng)相：甲醇＋水＝98＋2，混勻；紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)：300 nm；進(jìn)樣量：20μL；流速：1.7 mL/min。

1.2.5 美商陸籽油理化指標(biāo)的測(cè)定

過氧化值的測(cè)定：GB/T 5538—2005；酸價(jià)的測(cè)定：GB/T 5530—2005。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取時(shí)間對(duì)萃取效果的影響

由圖1可看出萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響較為明顯。萃取開始時(shí)隨著萃取時(shí)間的增加萃取率迅速上升，最后逐漸趨于平緩。萃取開始時(shí)，主要是CO2向物料中滲透的過程，由于CO2流體與油籽未充分接觸，萃取率較低，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)萃取率逐漸升高。4 h后曲線逐漸趨于平緩，此時(shí)體系基本上達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)已不能顯著提高萃取率。并且萃取時(shí)間的延長(zhǎng)還會(huì)使CO2以及能源的消耗量增大。因此綜合考慮萃取率和能耗的問題，萃取時(shí)間選擇4 h比較適宜，萃取率為12.90%。

圖1 萃取時(shí)間與萃取率的關(guān)系

2.2 投料量對(duì)萃取效果的影響

圖2 投料量與萃取率的關(guān)系

如圖2所示，投料量對(duì)萃取率的影響不大，隨著投料量的增加萃取率稍有下降。因?yàn)橥读狭窟^多，原料的堆積密度會(huì)增大，CO2的擴(kuò)散阻力也隨之增大，氣流分布不夠均勻，因而萃取率略有下降[10]。但考慮到200 g的投料量相比150 g對(duì)設(shè)備的利用效率更高，因此選擇200 g為最佳投料量，萃取率為12.31%。

2.3 萃取壓力對(duì)萃取效果的影響

壓力是超臨界CO2流體萃取過程中最重要的參數(shù)之一。由圖3可看出小于25 MPa時(shí)，隨著萃取壓力的升高，萃取率迅速增大，在25 MPa時(shí)萃取率達(dá)到最高。隨后繼續(xù)升高壓力，萃取率稍有下降。因?yàn)樵趬毫^低的時(shí)候，增大壓力的同時(shí)會(huì)增大CO2流體密度，增加溶質(zhì)與溶劑之間的傳質(zhì)效率，對(duì)于提高萃取效率有利。但由于溶解能力有限，壓力過高反而沒有用處。并且過高的壓力會(huì)使溶劑的選擇性下降，影響萃取的油脂純度。高壓也對(duì)萃取的油脂品質(zhì)外觀也有一定影響。因此從設(shè)備造價(jià)、安全性以及萃取率方面考慮，選擇25 MPa為最佳萃取壓力，萃取率為12.46%。

圖3 萃取壓力與萃取率的關(guān)系

2.4 萃取溫度對(duì)萃取效果的影響

圖4 萃取溫度與萃取率的關(guān)系

與壓力相比，溫度對(duì)超臨界CO2流體萃取過程的影響要復(fù)雜得多。如圖4所示萃取溫度對(duì)萃取效果有雙重影響。隨著溫度升高，萃取率稍有下降，超過45℃以后萃取率迅速降低。溫度的升高可以增加物料的擴(kuò)散系數(shù)，但同時(shí)又降低了CO2流體的濃度，導(dǎo)致CO2流體的溶劑化效應(yīng)下降，使物質(zhì)在其中的溶解度有所下降。如圖知35℃時(shí)萃取率最高。但用35℃的溫度萃取出的油比其他條件萃取出的油要稀，泡沫也消得快。萃取溫度低會(huì)對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量較小或極性較小的分子有較好的選擇性，溫度高則相反，因此油比較稀。并且由于開始時(shí)萃取溫度不高，原料容易結(jié)塊導(dǎo)致萃取進(jìn)行不充分。因此選擇45℃為最佳萃取溫度，萃取率為12.46%。

2.5 索氏提取美商陸籽油

準(zhǔn)確稱取粉碎至40目的50 g美商陸籽，濾紙包好放入抽提器中。加入沸程為30～60℃的石油醚，在60℃下回流提取6 h，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收石油醚。得到美商陸籽油，萃取率為12.93%。

2.6 美商陸籽油中脂肪酸氣相色譜分析

通過氣相色譜檢測(cè)所提取的美商陸籽油，并與脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行對(duì)照，運(yùn)用面積百分歸一法得出脂肪酸的相對(duì)成分（見表1）。

由圖5、圖6可知共測(cè)出脂肪酸成分7種，飽和脂肪酸4種，占13.85%，不飽和脂肪酸3種，占85.79%，其中油酸相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為46.34%，亞油酸其次為36.56%。

飽和脂肪酸能直接升高血清中的三酰甘油和低密度脂蛋白的水平，還可通過降低膽固醇中CYP7A1酶的表達(dá)來阻止血膽固醇的代謝，因此必須控制膳食結(jié)構(gòu)中飽和脂肪酸的攝入。多年來對(duì)地中海居民心血管疾病的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盡管當(dāng)?shù)鼐用駭z入高脂的飲食，但因食用以不飽和脂肪酸為主的植物油，心血管疾病的發(fā)病率卻較低。不飽和脂肪酸可降低血漿中總膽固醇的含量和低密度脂蛋白的水平[11－12]。美商陸籽油中飽和脂肪酸含量較低，因此美商陸籽油具有較高的營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值。

表1 美商陸籽油脂肪酸成分

圖5 脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品氣相色譜圖

圖6 美商陸籽油氣相色譜圖

2.7 美商陸籽油中維生素A和維生素E含量

通過表2可看出美商陸籽油中維生素A含量為0.369 mg/100 g，高于在同樣條件下測(cè)定的金花葵籽油（0.115 mg/100 g），含量較為豐富，研究表明維生素A對(duì)于維持上皮細(xì)胞的完整性，維持正常視覺、基因調(diào)節(jié)、動(dòng)物繁殖和免疫功能都是必不可少的[13]。維生素E是植物油脂中的天然抗氧化劑，可增加人體紅細(xì)胞數(shù)量，美商陸籽油中維生素E含量為22.0 mg/100 g，較亞麻籽油（37.71 mg/100 g）、花椒種籽油（27.40 mg/100 g）低，比油茶籽油（18.29 mg/100 g）、茶籽油（12.78 mg/100 g）高[14－16]。其中 γ－維生素E含量最高，α－維生素E含量極少。相對(duì)其他籽油，美商陸籽油維生素E含量偏低，儲(chǔ)存過程中應(yīng)適量加入抗氧化劑。

表2 美商陸籽油中維生素A和維生素E含量

2.8 美商陸籽油的理化性質(zhì)

美商陸籽油的過氧化值為10.33 mmol/kg，酸價(jià)為 6.34 mgKOH/g。

3 結(jié)論

通過對(duì)超臨界CO2流體萃取美商陸籽油進(jìn)行了全面的分析，測(cè)得最佳萃取時(shí)間為4 h；最佳投料量為200 g；最佳萃取壓力為25 MPa；最佳萃取溫度為45℃。經(jīng)過氣相色譜分析共測(cè)出脂肪酸成分7種，其中飽和脂肪酸相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.85%，不飽和脂肪酸為85.79%。美商陸籽油不飽和脂肪酸含量很高，在預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化、降低冠心病患病率可發(fā)揮作用。其中油酸占46.34%，亞油酸為36.56%。高效液相色譜測(cè)得維生素A含量為0.369 mg/100 g，維生素E含量為22.0mg/100 g。美商陸籽油具有較高的開發(fā)利用價(jià)值，可進(jìn)一步研究其保健成分。

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Extracting Phytolacca Americana L.Seed Oil by Supercritical CO2Fluid Technique

Wang Jing Zhang Yanqi Wang Jing Yuan Fang

（Beijing Key Laboratory of Functional Food from Plant Resources College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083）

Phytolacca AmericanaL.seed oil was extracted by supercritical CO2fluid extraction in the paper.The experiment indicated that the various factors had effect on the extraction efficiency ofPhytolacca AmericanaL.seed oil，and operative time，inventory，pressure and temperature could be affected.the result showed that the optimum conditionswere extraction time of 4 h，the inventory of 200 g，the extraction pressure of 25 MPa，and the extraction temperature of 45℃.The extraction efficiency of the Soxhlet extraction was 12.93%.Gas chromatography analysis revealed there were 7 categories of fatty acid including saturated fatty acid（13.85%）and unsaturated fatty acid（85.79%）.Especially thecis－9－oleic acid（46.34%）and linoleic acid（36.56%）were significant expressed in quantity.The content of vitamin A was 0.369mg/100 g and vitamin E was 22.0 mg/100 g by the high performance liquid chromatography.

Phytolacca AmericanaL.seed oil，supercritical CO2fluid extraction，fatty acid，vitamin A，vitamin E

TS224.4

A

1003－0174（2015）10－0049－05

國(guó)家自然科學(xué)基金（31371836）

2014－06－25

王菁，女，1992年出生，本科，食品科學(xué)與工程

袁芳，女，1967年出生，副教授，天然產(chǎn)物提取及功能評(píng)價(jià)